IoT là gì? Kiến trúc hệ thống mạng IoT

IoT là gì? Kiến trúc hệ thống mạng IoT Internet vạn vật kết nối mọi thiết bị | thietbimang.com

IoT có nghĩa Internet of Things là một hệ thống các thiết bị máy tính, máy móc,… hoặc người có liên quan đến nhau, được cung cấp định dạng duy nhất và có khả năng để truyền dữ liệu qua mạng mà không cần sự tương tác giữa con người với con người hay giữa con người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản hơn là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.

Thuật ngữ IoT dạo gần đây xuất hiện khá nhiều và thu hút không ít sự quan tâm và chú ý của thế giới công nghệ. Vì sự bùng nổ của IoT trong tương lai sẽ có tác động mạnh mẽ tới cuộc sống, công việc và xã hội hiện nay. Thực tế, Internet of Things đã manh nha từ nhiều thập kỹ trước. Tuy nhiên mãi đến năm 1999 cụm từ IoT mới được đưa ra bởi Kevin Ashton. Ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiếp lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (Một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng Radio) cũng như một số loại cảm biến khác nhau. Cùng Thiết Bị Mạng tìm hiểu Internet of Things (IoT) bạn nhé.

Hay hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau. Việc kết nối có thể thực hiện qua Wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G hay 4G) hiện tại là 5G, Bluetool, ZigBee, hồng ngoại,… Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cà phê, máy giặt, tai nghe và rất nhiều thiết bị khác. Cisco, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay dự báo : Đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, thậm chí con số này còn gia tăng nhiều hơn nữa. IoT sẽ là mạng lưới kết nối khổng lồ để kết nối mọi thứ bao gồm cả con người và sẽ tồn tại các mối quan hẹ giữ người và người, người và thiết bị, thiết bị và thiết bị. Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một con người sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quang bởi 1000 đến 5000 đối tượng có khả năng theo dõi.

Các switch mạng hỗ trợ IoT

Cisco Catalyst 9200

Cisco Catalyst 9300

Kiến trúc Internet of Things (IoT)

Công nghệ Internet of Things (IoT) có rất nhiều ứng dụng và việc sử dụng Internet of Things đang phát triển nhanh hơn. Tùy thuộc vào các lĩnh vực ứng dụng khác nhau của Internet of Things, nó sẽ hoạt động tương ứng như đã được thiết kế hay phát triển. Nhưng IoT không có một kiến trúc làm việc xác định tiêu chuẩn được tuân thủ nghiêm ngặt trên toàn thế giới. Kiến trúc của IoT phụ thuộc vào chức năng và việc triển khai của nó trong các lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, có một quy trình cơ bản dựa trên đó IoT được xây dựng.

Vì thế, Thiết Bị Mạng sẽ thảo luận cùng với các bạn về kiến trúc nền tảng cơ bản của IoT. Kiến trúc IoT có 4 giai đoạn.

Kiến trúc IoT bao gồm 4 lớp

Như bạn thấy từ hình ảnh bên trên, kiến trúc IoT có 4 lớp : Lớp cảm biến, lớp mạng, lớp xử lý dữ liệu và lớp ứng dụng.

Lớp cảm biến (SENSING LAYER)

Cảm biến, thiết bị truyền động, các thiết bị có trong lớp cảm biến này. Các bộ phận cảm biến hoặc bộ truyền động này nhận dữ liệu (Thông số vật lý/ môi trường), xử lý dữ liệu và phát dữ liệu qua mạng.

Lớp mạng (NETWORK LAYER)

Các cổng Internet (mạng), hệ thống thu nhập dữ liệu (Data Acquistition System -DAS) xuất hiện trong lớp này. DAS thực hiện chức năng tổng hợp và chuyển đổi dữ liệu (Thu thập dữ liệu và tổng hợp dữ liệu sau đó chuyển đổi dữ liệu analog của cảm biến sang dữ liệu digital,…) Các cổng nâng cao chủ yếu mở ra kết nối giữa mạng cảm biến và Internet cũng thực hiện nhiều chức năng cơ bản, như bảo vệ chống phần mềm độc hại và lọc một số lần ra quyết định dựa trên dữ liệu đã nhập và các dịch vụ quản lý dữ liệu.

Lớp xử lý dữ liệu (DATA PROCESSING LAYER)

Đây là đơn vị xử lý của hệ sinh thái IoT. Tại đây, dữ liệu được phân tích và xử lý trước khi gửi đến trung tâm dữ liệu, nơi dữ liệu được truy cập bởi các ứng dụng phần mềm thường được gọi là ứng dụng kinh doanh. Đây là nơi dữ liệu được theo dõi và quản lý. Các hành động khác cũng được chuẩn bị tại lớp này.

Lớp ứng dụng (APPLICATION LAYER)

Đây là lớp cuối cùng trong 4 giai đoạn của kiến trúc IoT. Trung tâm dữ liệu hoặc đám mây (Cloud) là giai đoạn quản lý, nơi dữ liệu được quản lý và sử dụng bởi các ứng dụng người dùng cuối như nông nghiệp, chăm sóc sức khỏe, hàng không vũ trụ, nông nghiệp, quốc phòng và những ứng dụng khác.

Đặc tính cơ bản của IoT

Tính kết nối liên thông (Interconnectivity)
Với IoT thì bất cứ điều gì cũng có thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể.

Những dịch vụ liên quan đến “Things”

Hệ thống IoT có khả năng cung cấp các dịch vụ liên quan đến “Things”, chẳng hạn như bảo vệ sự riêng tư và nhất quán giữ Physical Things và Virtual Things. Để cung cấp được dịch vụ này thì cả công nghệ phần cứng và công nghệ thông tin (phần mềm) sẽ phải thay đổi.

Đặc tính cơ bản của IoT

Tính không đồng nhất

Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó có phần cứng khác nhau và hệ thống mạng khác nhau. Các thiết bị giữa các hệ thống mạng có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các hệ thống mạng.

Thay đổi linh hoạt

Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ như : ngủ và thức dậy, kết nối hoặc bị mất kết nối, vị trí thiết bị đã thay đổi và tốc độ đã thay đổi,… Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi.

Quy mô lớn

Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp với nhau. Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện nay. Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được truyền bởi con người.

Yêu cầu ở mức High-Level đối với hệ thống IoT

Một hệ thống IoT phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

Kết nối dựa trên sự nhận diện

Nghĩa là các “Things” phải có ID riêng biệt. Hệ thống IoT cần hỗ trợ các kết nối giữa các “Things” và kết nối được thiếp lập dựa trên định dạng (ID) của Things.

Khả năng cộng tác

Hệ thống IoT có khả năng tương tác qua lại giữa các Network và Things.

Khả năng tự quản của Network

Bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự tối ưu hoaos và tự có cơ chế bảo vệ. Điều này cần thiết để Network có thể thích ứng với các Domains ứng dụng khác nhau, môi trường truyền thông khác nhau và nhiều loại thiết bị khác nhau.

Dịch vụ thỏa thuận

Dịch vụ này có thể cung cấp bằng cách thu thập, giao tiếp và xử lý tự động các dữ liệu giữa các “Things” dựa trên các quy tắc (Rules) được thiếp lập bởi người vận hành hoặc tùy chỉnh bởi các người dùng.

Các khả năng dựa vào vị trí (Location – Based Capabilities)

Thông tin liên lạc và các dịch vụ liên quan đến một cái gì đó sẽ phụ thuộc vào thông tin vị trí của Things và người sử dụng. Hệ thống IoT có thể biết và theo dõi vị trí một cách tự động. Các dịch vụ dựa trên vị trí có thể bị hạn chế bởi luật pháp hay quy định, và phải tuân thủ các yêu cầu an ninh.

Bảo mật

Trong IoT, nhiều “Things” được kết nối với nhau. Chính điều này làm tăng mối nguy trong bảo mật, chẳng hạn như bí mật bị tiết lộ, xác thực sai hay dữ liệu bị thay đổi hay làm giả.

Bảo vệ tính riêng tư

Tất cả các “Things” đều có chủ sở hữu và người sử dụng của nó. Dữ liệu thu thập được từ các “Things” có thể chứa thông tin cá nhân liên quan chủ sở hữu hoặc người sử dụng nó. Các hệ thống IoT cần bảo vệ sự riêng tư trong quá trình truyền dữ liệu, tập hợp, lưu trữ, khai thác và xử lý. Bảo vệ sự riêng tư không nên thiếp lập một rào cản đối với xác thực nguồn dữ liệu.

Plug and Play

Các “Things” phải được Plug and Play một cách dễ dàng và tiện dụng.

Khả năng quảng lý

Hệ thống IoT cần phải hỗ trợ tính năng quản lý các “Things” để đảm bảo Network hoạt động bình thường. Ứng dụng IoT thường làm việc tự động mà không cần sự tham gia của con người nhưng toàn bộ quá trình hoạt động của họ nên được quản lý bởi các bên liên quan.

Ứng dụng của IoT

IoT có ứng dụng vô cùng rộng rãi, Thiết Bị Mạng liệt kê 1 số ứng dụng sau đây:

• Quản lý chất thải
• Quản lý và lập kế hoạch đô thị.
• Quản lý môi trường.
• Phản hồi trong các tình huống khẩn cấp.
• Mua sắm thông minh.
• Quản lý các thiết bị các nhân.
• Đồng hồ đo thông minh.
• Tự động hóa ngôi nhà.

Ứng dụng của IoT

Tác động của IoT rất đa dạng trên các lĩnh vực : quản lý hạ tầng, y tế và tự động hóa, giao thông,… Cụ thể trong lĩnh vực y tế, Thiết bị IoT được sử dụng để cho phép theo dõi sức khỏe từ xa và hệ thống thông báo khẩn cấp. Các thiết bị theo dõi sức khỏe có thể dao động từ huyết áp và nhịp tim với cacs thiết bị tiên tiến có khả năng giám sát cấy ghép đặc biệt, chẳng hạn như máy điều hòa nhịp tim hoặc máy trợ thính tiên tiến.

Nắm bắt cơ hội kinh doanh với IoT

Đời sống phát triển kéo theo nhu cầu công nghệ tăng cao, IoT đóng vai trò quan trọng đối với các nhà cung cấp thiết bị thông minh và các công ty Startup, những người có thể sử dụng IoT để trang bị cho sản phẩm của mình với các chức năng như điều khiển từ xam quản lý thời gian thực, các thông báo có thể cấu hình, các dịch vụ đám mây dùng được ngay và khả năng tích hợp với điện thoại thông minh và các thiết bị khác của người tiêu dùng.

Hệ sinh thái thị trường của IoT ngày càng trở nên phức tạp nhưng về cơ bản thì IoT hoạt động theo công thức B-B-C (Doanh nghiệp – Doanh Nghiệp – Người tiêu dùng). Các nhà cung cấp IoT cung cấp cho các công ty phát triển thiết bị thông mình công cụ đặc thù cho IoT, dựa trên đó các công ty này dần dần hoàn thiện các sản phẩm của mình và kinh doanh cho người dùng cuối.